RU2664126C2 - Контроль авиационного двигателя, предваряющий операции технического обслуживания - Google Patents

Контроль авиационного двигателя, предваряющий операции технического обслуживания Download PDF

Info

Publication number
RU2664126C2
RU2664126C2 RU2016118148A RU2016118148A RU2664126C2 RU 2664126 C2 RU2664126 C2 RU 2664126C2 RU 2016118148 A RU2016118148 A RU 2016118148A RU 2016118148 A RU2016118148 A RU 2016118148A RU 2664126 C2 RU2664126 C2 RU 2664126C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
specified
curve
temperature
aircraft engine
engine
Prior art date
Application number
RU2016118148A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016118148A (ru
RU2016118148A3 (ru
Inventor
Жером Анри Ноэль ЛАКЭЙ
Орели ГУБИ
Original Assignee
Сафран Эркрафт Энджинз
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сафран Эркрафт Энджинз filed Critical Сафран Эркрафт Энджинз
Publication of RU2016118148A publication Critical patent/RU2016118148A/ru
Publication of RU2016118148A3 publication Critical patent/RU2016118148A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664126C2 publication Critical patent/RU2664126C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/002Analysing tachograph charts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60Testing or inspecting aircraft components or systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0232Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on qualitative trend analysis, e.g. system evolution
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • G05B23/0254Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model based on a quantitative model, e.g. mathematical relationships between inputs and outputs; functions: observer, Kalman filter, residual calculation, Neural Networks
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/008Registering or indicating the working of vehicles communicating information to a remotely located station
    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07CTIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/08Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time
    • G07C5/0841Registering performance data
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02Initiating means
    • B64D31/06Initiating means actuated automatically

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу и системе контроля авиационного двигателя. Получают временной сигнал остаточного запаса температуры отработавших газов авиационного двигателя, сглаживают временной сигнал для построения первой кривой, характеризующей остаточный запас температуры, идентифицируют нисходящие участки в первой кривой, строят вторую непрерывную кривую посредством объединения нисходящих участков, строят модель прогнозирования на основании второй кривой для определения показателя прогнозирования отказа. Просто, точно и заблаговременно прогнозируется отказ двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к области контроля авиационного двигателя. В частности, изобретение относится к способу и системе контроля авиационного двигателя для прогнозирования операций технического обслуживания посредством оценки остаточного запаса температуры отработавших газов двигателя.
Во время каждого полета на летательном аппарате осуществляют запись и передачу данных о его работе при помощи системы сообщений, называемой ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System - адресно-отчетная система авиационной связи). Эти данные поступают на наземные станции в реальном времени и сразу же обрабатываются в случае наличия явных аномалий или в противном случае архивируются вместе со всеми данными парка самолетов.
Затем эксперты изучают данные, относящиеся к двигателю, с целью контроля нормальной работы двигателя. Кроме всего прочего, эксперты анализируют данные, относящиеся к температуре отработавших газов EGT (Exhaust Gas Temperature) и полученные во время последовательных полетов, с целью диагностики состояния двигателя и прогнозирования неисправностей. В частности, эксперты оценивают остаточный запас выходной температуры EGT, который характеризует разность между предельным порогом температуры и измеренной температурой EGT. Очень важно отслеживать изменение этого запаса, чтобы можно было предсказать превышение порога, при котором двигатель необходимо снять для восстановления его характеристик.
Следует отметить, что в начале эксплуатации запас является большим и постепенно уменьшается вместе с числом циклов. Так, временной сигнал остаточного запаса температуры обычно изменяется по нисходящей кривой, характеризующей естественный износ двигателя.
Однако обычно наблюдаемый временной сигнал запаса ослабляется не непрерывно, а имеет случайные колебания. Эти колебания в основном связаны с операциями, осуществляемыми на двигателе, и в меньшей степени с условиями измерения температуры. Искусственные увеличения остаточного запаса температуры могут быть вызваны более или менее частыми очистками двигателей, производимыми с целью удаления загрязнений, накапливающихся от полета к полету.
Эти колебания временного сигнала остаточного запаса температуры усложняют анализ и не позволяют надлежащим образом и точно предсказать дату отказа двигателя.
Следовательно, задачей изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков и создание способа и системы контроля остаточного запаса температуры отработавших газов авиационного двигателя, позволяющих просто, точно и достаточно заблаговременно прогнозировать отказ двигателя.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к способу контроля авиационного двигателя, содержащему этапы, на которых:
- получают временной сигнал остаточного запаса температуры отработавших газов указанного авиационного двигателя,
- сглаживают указанный временной сигнал для построения первой кривой, характеризующей указанный остаточный запас температуры,
- идентифицируют нисходящие участки в указанной первой кривой,
- строят вторую кривую посредством объединения указанных нисходящих участков, при этом указанная вторая кривая является непрерывной, оставаясь при этом ограниченной указанными нисходящими участками указанной первой кривой, и
- строят модель прогнозирования на основании указанной второй кривой для определения по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
Этот способ позволяет просто и быстро моделировать реальный износ двигателя, исключая искусственные увеличения запаса температуры, и обеспечивает, таким образом, точное прогнозирование отказа двигателя.
Предпочтительно идентификация нисходящих участков указанной первой кривой включает в себя этапы, на которых:
- к первой кривой применяют статистическую модель возрастания, разлагаемую на две независимые части, включающие в себя первую убывающую функцию, характеризующую обычный износ авиационного двигателя, и вторую ступенчатую функцию, состоящую из случайно появляющихся скачков, характеризующих точечные операции обслуживания на авиационном двигателе,
- выявляют соответствующие подъемы указанных скачков, и
- идентифицируют нисходящие участки, удаляя точки указанных подъемов на первой кривой.
Это позволяет устранить искусственные увеличения запаса температуры и сохранить только интервалы, соответствующие нисходящим участкам, характеризующим износ двигателя.
Предпочтительно построение указанной второй кривой посредством объединения включает в себя соединение указанных нисходящих участков, перемещая каждый предыдущий участок, чтобы соединить его со следующим участком, начиная с последнего участка и возвращаясь во времени от участка к участку.
Это позволяет моделировать тенденцию убывания, указывающую на реальный износ двигателя.
Согласно первому варианту осуществления изобретения построение указанной модели прогнозирования включает в себя этапы, на которых:
- строят авторегрессионную модель, моделирующую изменение остаточного запаса температуры, с использованием хронологии указанной второй кривой, и
- к указанной авторегрессионной модели применяют динамический фильтр для определения указанного по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
Это построение динамический модели позволяет осуществлять точные прогнозы на любом типе двигателя и в любой период срока службы двигателя.
Предпочтительно динамический фильтр выбирают из группы следующих партикулярных фильтров: байесовский фильтр, фильтр Калмана, расширенные фильтры Калмана.
Согласно второму варианту осуществления изобретения построение указанной модели прогнозирования включает в себя этапы, на которых:
- строят линейную модель изменения остаточного запаса температуры с использованием хронологии указанной второй кривой, и
- к указанной линейной модели применяют метод регрессии для определения указанного по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
Построение линейной модели является очень простым и позволяет делать точные прогнозы при очень незначительном количестве вычислений.
Предпочтительно указанный по меньшей мере один показатель прогнозирования отказа выбирают из группы показателей, в которую входят:
- первый показатель оценки вероятности перехода порогового значения отказа до заранее определенного временного интервала, и
- второй показатель оценки даты перехода порогового значения отказа.
Предпочтительно получение указанного временного сигнала остаточного запаса температуры включает в себя этапы, на которых:
- в течение времени получают измерения температуры отработавших газов авиационного двигателя,
- указанные измерения температуры нормализуют относительно эталонной температуры по стандарту ISO, получая таким образом нормализованные измерения температуры,
- производят стандартизацию указанных нормализованных измерений температуры с учетом контекстных данных, получая таким образом, стандартизованные измерения температуры, и
- вычисляют запасы между указанными стандартизованными измерениями температуры и заранее определенным максимальным значением температуры (в зависимости от двигателя) для получения указанного временного сигнала запаса.
Таким образом, временной сигнал запаса получают в соответствии со стандартными физическими условиями и независимо от контекста.
Изобретение также относится к системе контроля авиационного двигателя, содержащей:
- средства получения и обработки, выполненные с возможностью получения временного сигнала остаточного запаса температуры отработавших газов указанного авиационного двигателя,
- средства получения и обработки, выполненные с возможностью сглаживания указанного временного сигнала с получением первой кривой, характеризующей указанный остаточный запас температуры,
- средства получения и обработки, выполненные с возможностью идентификации нисходящих участков в указанной первой кривой,
- средства получения и обработки, выполненные с возможностью построения второй кривой посредством объединения указанных нисходящих участков, при этом указанная вторая кривая является непрерывной, оставаясь при этом ограниченной указанными нисходящими участками указанной первой кривой,
- средства получения и обработки, выполненные с возможностью построения модели прогнозирования на основании указанной второй кривой для определения по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
Изобретение также относится к компьютерной программе, выполненной с возможностью исполнения указанными средствами обработки и содержащей командные коды, предназначенные для осуществления способа контроля в соответствии с любой из вышеупомянутых особенностей.
Другие особенности и преимущества системы и способа согласно изобретению будут более понятны из последующего описания на неограничительном примере со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показаны материальные средства, применяемые в системе или способе, которые могут быть использованы для контроля авиационного двигателя в соответствии с изобретением, схематичный вид;
на фиг. 2А - измерения EGT авиационного двигателя во время цикла последовательных полетов;
на фиг. 2В - стандартизированные измерения EGT авиационного двигателя во время цикла последовательных полетов;
на фиг. 3 - временной сигнал остаточного запаса температуры отработавших газов;
на фиг. 4 - первая кривая, соответствующая сглаживанию сигнала, показанного на фиг. 3, за заранее определенный период, в соответствии с изобретением;
на фиг. 5 - графическое представление подъемов, соответствующих скачкам первой кривой, в соответствии с изобретением;
на фиг. 6 - графическое представление второй кривой, полученной посредством объединения нисходящих участков, в соответствии с изобретением;
на фиг. 7 - применение партикулярного фильтра на динамической системе второй кривой, в соответствии с изобретением;
на фиг. 8 - применение партикулярного фильтра на динамической системе второй кривой, относящейся к новому двигателю, в соответствии с изобретением;
на фиг. 9 - схематичное представление двух показателей прогнозирования отказа в соответствии с изобретением.
Варианты осуществления изобретения
Принцип изобретения основан на исключении точек, соответствующих искусственному увеличению остаточного запаса температуры, и на сохранении только убывающих частей, характеризующих реальный износ двигателя. Таким образом, отслеживая изменение этого износа, можно с высокой точностью прогнозировать будущий отказ двигателя и планировать операции технического обслуживания.
На фиг. 1 представлен пример материальных средств, применяемых в системе или способе для контроля авиационного двигателя в соответствии с изобретением. Изобретение можно также применять для летательного аппарата, содержащего несколько двигателей, показанного на фиг. 1.
Во время полета летательный аппарат 1 регистрирует данные о своей работе, а также о различных параметрах окружающей среды. Эти данные, записываемые вычислительными устройствами, установленными на летательном аппарате (например, FADEC, ACMS и т.д.), получают в результате измерений при помощи средств измерения или датчиков, установленных в летательном аппарате 1. Например, блок FADEC (который контролирует двигатель 2 летательного аппарата 1) регистрирует определенное количество данных, измеряемых датчиками, установленными в двигателе 2, одновременно позволяющих контролировать двигатель 2 и служащих базой для процедуры предсказания технического обслуживания.
Таким образом, вычислительные устройства летательного аппарата 1 собирают в течение времени данные, относящиеся к двигателю 2 летательного аппарата и к окружающей его среде. При каждом считывании эти данные содержат информацию о внутренних параметрах, описывающих работу двигателя 2, а также о внешних параметрах, описывающих контекст считывания.
Например, внутренние параметры включают в себя температуру отработавших газов EGT (Exhaust Gas Temperature), скорости вращения валов, расход топлива, значения температуры и давления текучих сред в различных местах двигателя (например, до и/или после сжатия), и т.д.
Внешние параметры могут включать в себя наружную температуру, высоту полета, вес самолета, переменную геометрию разгрузочного вентиля, заданные точки турбин высокого давления и низкого давления, скорость самолета и т.д.
Кроме того, летательный аппарат 1 регулярно передает на землю короткие моментальные сообщения, касающиеся внутренних и внешних параметров. Во время каждого полета летательный аппарат 1 обычно передает на землю по меньшей мере два сообщения, одно во время взлета и другое во время полета на крейсерской скорости. Эти сообщения передают, в частности, через спутник (протокол ACARS) при помощи системы передачи цифровых данных между совершающим полет летательным аппаратом и землей (возможны также другие протоколы связи: PCMCIA, 3G и т.д.).
Наземные станции 3 собирают различные сообщения, переданные в разные даты для разных летательных аппаратов 1 и для разных двигателей 2, и передают их затем через средство связи в центр 5 управления. Этот центр содержит компьютерную систему 7, которая обычно включает в себя средства 9 ввода, средства 11 получения и обработки, средства 13 хранения и средства 15 вывода. Следует отметить, что во время полета можно регулярно загружать другие данные, регистрируемые бортовыми вычислительными устройствами, для пополнения базы данных, относящихся к двигателям 2.
Различные данные, содержащиеся в сообщениях, полученных непосредственно от различных летательных аппаратов 1, или данные, получаемые на земле из внутренней памяти бортовых вычислительных устройств, накапливаются в средствах 13 хранения и образуют базу 14 данных по всему парку двигателей 2.
Изобретение в первую очередь рассматривает данные, относящиеся к выходной температуре отработавших газов EGT двигателей.
На фиг. 2А показаны измерения EGT авиационного двигателя во время цикла последовательных полетов. На оси ординат показаны значения EGT, а на оси абсцисс - число циклов или полетов.
Некоторые датчики, установленные в двигателе, выполнены с возможностью осуществления в течение времени измерений выходной температуры отработавших газов. Контекст сбора этих данных может быть самым разным. Например, измерения, относящиеся к взлету и производимые во время первого полета за день, когда двигатель запускают в холодном состоянии, могут отличаться от измерений во время других полетов за день. Другие примеры относятся к изменению метеорологических условий (дождь, снег, град и т.д.), к смене пилота, к месту облета (над морем, над пустыней, над землей и т.д.). Таким образом, измерения EGT в значительной степени зависят от внешних условий.
Предпочтительно средства 11 обработки выполнены с возможностью осуществления двойной нормализации на измерениях EGT относительно стандартной системы отсчета, а также относительно контекста, чтобы исключить влияние внешних условий.
В частности, измерения температуры (EGT) нормализуют относительно эталонной температуры по стандарту ISO, получая таким образом нормализованные измерения температуры. Эталонную температуру определяют по отношению к температуре взлета, измеренной на уровне моря. Кроме того, производят также стандартизацию этих нормализованных измерений температуры по отношению к контекстным данным для получения стандартизованных измерений температуры EGT. Метод стандартизации описан, например, в патентном документе ЕР 2376988 и основан, в частности, на модели регрессии, в случае необходимости, с учетом дополнительных параметров, созданных на основании вычислений, произведенных с использованием исходных внешних параметров.
На фиг. 2В показаны стандартизованные измерения EGT авиационного двигателя во время цикла последовательных полетов. Графическое представление на фиг. 2В соответствует стандартизации графического представления на фиг. 2А. Оба представления имеют одинаковый масштаб и центрованы по среднему значению измерений EGT. Горизонтальные пунктирные линии показывают пределы ±3σ и ±6σ вокруг среднего значения.
Наконец, средства 11 обработки выполнены с возможностью вычисления запасов между стандартизованными измерениями EGT и заранее определенным максимальным значением температуры для построения временного сигнала остаточного запаса температуры отработавших газов, как показано на фиг. 3. Как правило, максимальная температура соответствует предельной температуре, при которой требуется снятие двигателя на заводе.
В частности, на фиг. 3 показано, что временной сигнал остаточного запаса температуры имеет случайные колебания, несмотря на то, что он основан на стандартизованных измерениях EGT. Эти колебания в основном связаны с различными вмешательствами (например, с очисткой при помощи воды) на двигателе.
Кроме того, средства 11 обработки выполнены с возможностью сглаживания временного сигнала, показанного на фиг. 3, для получения первой кривой C1, характеризующей остаточный запас температуры, как показано на фиг. 4. Сглаживание временного сигнала может быть выполнено известным методом фильтрации (скользящее среднее, фильтр Гаусса и т.д.). На первой кривой C1 ясно видны восходящие скачки, соответствующие искусственным увеличениям остаточного запаса температуры. Эти восходящие скачки могут проявляться более или менее регулярно, но с разными эффектами.
Согласно изобретению, предложено устранять восходящие скачки и сохранять только нисходящие части, отображающие реальный износ двигателя.
Таким образом, средства 11 обработки выполнены с возможностью автоматической идентификации нисходящих участков в первой кривой. В частности, идентификация нисходящих участков может быть осуществлена посредством выявления подъемов, соответствующих скачкам.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, средства 11 обработки применяют статистическую модель, соответствующую статистическому процессу возрастания, на первой кривой C1 для выявления зон, не имеющих восходящих скачков.
Этот статистический процесс можно разложить на две независимые части таким образом, чтобы увеличение dXt=Xt+1-Xt остаточного запаса температуры, относящееся к первой кривой C1, можно было определить как сумму первой убывающей функции Ut и второй ступенчатой функции Ht в соответствии со следующим уравнением:
dXt=Ut+Ht
Убывающая функция Ut характеризует обычный износ авиационного двигателя и может рассматриваться как случайная переменная Ut, которая соответствует гауссову распределению Ut~N(-u, σu), параметризованному по отрицательному математическому ожиданию -u, отображающему нормальное уменьшение остаточного запаса температуры, и по среднеквадратическому отклонению σu.
Ступенчатая функция Ht отображает операции по обслуживанию на авиационном двигателе и может быть определена произведением Ht=ZtGt произвольной булевой функции Zt и произвольной переменной положительного скачка Gt.
Произвольную переменную скачка Gt можно описать в соответствии с гауссовым распределением Gt~N(+g, σg), параметризованным по среднему положительному скачку g и по среднеквадратическому отклонению σg, при этом средний скачок g превышает абсолютное значение и нормального уменьшения -u остаточного запаса температуры.
Булева закономерность Zt вызывает скачок Gt случайным образом с небольшой вероятностью p и может быть, например, определена биномиальной закономерностью Ζt~Β(p) заранее определенного параметра р. Таким образом, вероятность операции обслуживания на двигателе (то есть подъем) можно представить как p=P(Zt=1). При этом, чтобы идентифицировать нисходящие участки, моделируемые по произвольной переменной Ut, достаточно рассмотреть все моменты t, в которых Zt=0, исключая точки, соответствующие подъемам.
На фиг. 5 показано графическое представление подъемов, соответствующих скачкам. На этом графике показаны точки, сосредоточенные вокруг дискретных моментов, соответствующих точечным действиям и разделенных продолжительными интервалами. Дискретные моменты имеют искусственные толщины, которые появились в результате операций нормализации и сглаживания. Следует отметить, что эти дискретные моменты являются гораздо менее многочисленными, чем моменты убывания, и, следовательно, ими можно пренебречь без ущерба для значения параметров -u и σu гауссова распределения Ut~N(-u, σu).
После исключения дискретных моментов подъемов средства 11 обработки могут простроить вторую кривую С2 посредством объединения нисходящих участков, как показано на фиг. 6. При этом вторая кривая является непрерывной и убывающей, будучи при этом ограниченной только нисходящими участками первой кривой C1.
Построение второй кривой С2 посредством объединения состоит в вертикальном и горизонтальном перемещении нисходящих участков для соединения концов, чтобы обеспечивать непрерывность между различными участками.
В частности, средства 11 обработки могут начать соединение с последнего (т.е. последнего по времени) участка, чтобы последние значения имели физическое направление. Затем присоединяют другие участки, возвращаясь во времени от участка к участку. Таким образом, каждый предыдущий (то есть предшествующий) участок перемещают, чтобы присоединить его к следующему участку последовательно в обратном направлении во времени. Иначе говоря, для построения второй кривой С2 постепенно добавляют справа налево значения изменений
Figure 00000001
Кроме того, средства 11 обработки выполнены с возможностью построения, на основании второй кривой С2, модели прогнозирования отказа, позволяющей определить по меньшей мере один показатель прогнозирования отказа двигателя.
Следует отметить, что кривая, показанная на фиг. 6, является практически линейной. Таким образом, согласно первому варианту осуществления, предпочтительно используют хронологию второй кривой С2 для построения линейной модели изменения остаточного запаса температуры и затем для этой модели применяют достаточно простой метод регрессии с целью определения показателя или показателей прогнозирования отказа. Согласно этому варианту осуществления нет необходимости анализировать динамику сигнала и достаточно оценить общую тенденцию убывания, которая следует закону типа закона Стьюдента.
Вместе с тем, для новых двигателей уменьшение запаса происходит медленно и не является строго линейным. Согласно второму варианту осуществления применяют стохастический метод, основанный на динамических или партикулярных фильтрах.
Обычно хорошим средством для прогнозирования непрерывного процесса является моделирование его поведения при помощи авторегрессионной модели. Таким образом, строят авторегрессионную модель, моделирующую изменение остаточного запаса температуры, используя хронологию второй кривой. Это позволяет выявить процесс так называемых скрытых состояний (Xt)x>0 на основании наблюдений (Yt)t>1.
В частности, предположим, что процесс состояний (Xt)х>0 является цепочкой Маркова 1-го порядка и что связь между (Xt)x>0 и (Yt)t>1 регулируется в рамках гипотезы канала без запоминания. При этом пространство состояний авторегрессионной модели можно определить следующим образом:
Figure 00000002
где et является белым шумом, оператор F является матрицей перехода состояния, и оператор H является матрицей наблюдения, определяющей динамическую систему. Следует отметить, что, благодаря исключению восходящих скачков, динамическая система, которая улавливает ослабление сигнала остаточного запаса температуры, является очень простой для анализа и в применении и использует намного меньше этапов вычисления, обеспечивая при этом очень точные результаты.
Затем к авторегрессионной модели применяют динамический фильтр, чтобы рекурсивно оценить процесс скрытых состояний (Xt)t>0 на основании наблюдений (Yt)t>1 при помощи метода Байеса. Динамическая фильтрация позволяет определить для любого момента k скрытое состояние Xk на основании имеющихся в наличии наблюдений Y1, …, Yk (то есть до момента k). Таким образом, после этого можно точно определить показатель или показатели долгосрочного прогнозирования отказа.
Действительно, фиг. 7 поясняет применение партикулярного фильтра для динамической системы второй кривой.
Кривая С2 до пунктирной вертикальной линии d1 соответствует процессу наблюдений (Yt), отображающему наблюдаемое изменение запаса. Таким образом, вертикальная линия d1 соответствует моменту, когда осуществляют прогнозирование в зависимости от процесса наблюдений (Yt). Начиная с этого момента, применение динамического фильтра моделирует множество партикулярных траекторий t1, при этом жирная кривая С3 внутри различных траекторий t1 отображает среднюю траекторию. Горизонтальная линия d2 отображает пороговое значение отказа. Необходимо отметить, что качество прогнозирования является очень высоким, благодаря точному знанию динамической системы и, в частности, благодаря исключению подъемов, соответствующих точечным операциям обслуживания на двигателе.
На фиг. 8 показано применение партикулярного фильтра на динамической системе, относящейся к новому двигателю.
В начале уменьшение остаточного запаса температуры является довольно сильным по причине обкатки нового двигателя. Затем изменение ослабевает, и уменьшение становится более медленным. Так же, как и на фиг. 7, применение динамического фильтра моделирует множество партикулярных траекторий с высокой точностью прогнозирования.
Таким образом, применение динамической модели с партикулярным фильтром позволяет осуществлять точное прогнозирование в долгосрочном плане для двигателей любых типов и с любым сроком службы.
Следует отметить, что динамический фильтр может быть линейным или нелинейным байесовским фильтром. В варианте можно использовать фильтр Калмана или расширение фильтра Калмана (например, расширенный фильтр Калмана).
Любое применение одного из этих динамических фильтров на модели прогнозирования позволяет оценить изменение остаточного запаса температуры и, следовательно, определить показатели прогнозирования отказа, которые можно использовать как показатели тревожного оповещения.
На фиг. 9 схематично представлены два показателя прогнозирования отказа в соответствии с изобретением.
Первый показатель l1 оценивает вероятность перехода порогового значения d2 отказа перед заранее определенным временным интервалом h1. Это схематично можно представить в виде вычисления вероятности обнаружения POD (Probability Of Detection) в момент t+h. Например, временной интервал h1 может соответствовать дате, запланированной для осмотра двигателя.
В варианте можно производить оценку с точки зрения оставшегося срока службы RUL (Remaining Useful Life) двигателя. В этом случае второй показатель оценивает дату перехода порогового значения d2 отказа.
Таким образом, эти показатели отказа I1, I2 позволяют прогнозировать вероятность отказа при достижении будущего интервала h1 или прогнозировать дату отказа.
Изобретение также обеспечивает компьютерную программу, выполненную с возможностью применения в средствах обработки и содержащую командные коды для осуществления описанного выше способа.

Claims (32)

1. Способ контроля авиационного двигателя, характеризующийся тем, что содержит этапы, на которых:
- получают временной сигнал остаточного запаса температуры отработавших газов указанного авиационного двигателя (2),
- сглаживают указанный временной сигнал для построения первой кривой (С1), характеризующей указанный остаточный запас температуры,
- идентифицируют нисходящие участки в указанной первой кривой,
- строят вторую кривую (С2) посредством объединения указанных нисходящих участков, при этом указанная вторая кривая является непрерывной, оставаясь при этом ограниченной указанными нисходящими участками указанной первой кривой, и
- строят модель прогнозирования на основании указанной второй кривой для определения по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа (11, 12).
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что идентификация нисходящих участков указанной первой кривой включает в себя этапы, на которых:
- к первой кривой (С1) применяют статистическую модель возрастания, разлагаемую на две независимые части, включающие в себя первую убывающую функцию, характеризующую обычный износ авиационного двигателя, и вторую ступенчатую функцию, состоящую из случайно появляющихся скачков, характеризующих точечные операции обслуживания на авиационном двигателе,
- выявляют соответствующие подъемы указанных скачков, и
- идентифицируют нисходящие участки, удаляя точки указанных подъемов на первой кривой.
3. Способ по п. 1 или 2, характеризующийся тем, что построение указанной второй кривой (С2) посредством объединения включает в себя соединение указанных нисходящих участков, перемещая каждый предыдущий участок, чтобы соединить его со следующим участком, начиная с последнего участка и возвращаясь во времени от участка к участку.
4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что построение указанной модели прогнозирования включает в себя этапы, на которых:
- строят авторегрессионную модель, моделирующую изменение остаточного запаса температуры, с использованием хронологии указанной второй кривой, и
- к указанной авторегрессионной модели применяют динамический фильтр для определения указанного по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
5. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что динамический фильтр выбирают из группы следующих партикулярных фильтров: байесовский фильтр, фильтр Калмана, расширенные фильтры Калмана.
6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что построение указанной модели прогнозирования включает в себя этапы, на которых:
- строят линейную модель изменения остаточного запаса температуры с использованием хронологии указанной второй кривой, и
- к указанной линейной модели применяют метод регрессии для определения указанного по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа.
7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что указанный по меньшей мере один показатель прогнозирования отказа выбирают из группы показателей, в которую входят:
- первый показатель (11) оценки вероятности перехода порогового значения отказа до заранее определенного временного интервала, и
- второй показатель (12) оценки даты перехода порогового значения отказа.
8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что получение указанного временного сигнала остаточного запаса температуры включает в себя этапы, на которых:
- в течение времени получают измерения температуры отработавших газов авиационного двигателя,
- указанные измерения температуры нормализуют относительно эталонной температуры по стандарту ISO, получая таким образом нормализованные измерения температуры,
- производят стандартизацию указанных нормализованных измерений температуры с учетом контекстных данных, получая таким образом стандартизованные измерения температуры, и
- вычисляют запасы между указанными стандартизованными измерениями температуры и заранее определенным максимальным значением температуры (в зависимости от двигателя) для получения указанного временного сигнала запаса.
9. Система контроля авиационного двигателя, содержащая:
- средства (11) получения и обработки, выполненные с возможностью получения временного сигнала остаточного запаса температуры отработавших газов указанного авиационного двигателя (2),
- средства (11) получения и обработки, выполненные с возможностью сглаживания указанного временного сигнала с получением первой кривой (С1), характеризующей указанный остаточный запас температуры,
- средства (11) получения и обработки, выполненные с возможностью идентификации нисходящих участков в указанной первой кривой,
- средства (11) получения и обработки, выполненные с возможностью построения второй кривой (С2) посредством объединения указанных нисходящих участков, при этом указанная вторая кривая является непрерывной, оставаясь при этом ограниченной указанными нисходящими участками указанной первой кривой,
- средства (11) получения и обработки, выполненные с возможностью построения модели прогнозирования на основании указанной второй кривой для определения по меньшей мере одного показателя прогнозирования отказа (11, 12).
RU2016118148A 2013-10-11 2014-10-01 Контроль авиационного двигателя, предваряющий операции технического обслуживания RU2664126C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1359903A FR3011946B1 (fr) 2013-10-11 2013-10-11 Surveillance d'un moteur d'aeronef pour anticiper les operations de maintenance
FR1359903 2013-10-11
PCT/FR2014/052485 WO2015052408A1 (fr) 2013-10-11 2014-10-01 Surveillance d'un moteur d'aéronef pour anticiper les opérations de maintenance

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016118148A RU2016118148A (ru) 2017-11-16
RU2016118148A3 RU2016118148A3 (ru) 2018-07-11
RU2664126C2 true RU2664126C2 (ru) 2018-08-15

Family

ID=50023713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118148A RU2664126C2 (ru) 2013-10-11 2014-10-01 Контроль авиационного двигателя, предваряющий операции технического обслуживания

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10115245B2 (ru)
EP (1) EP3039497B1 (ru)
CN (1) CN105637437B (ru)
BR (1) BR112016007718B1 (ru)
CA (1) CA2926240C (ru)
FR (1) FR3011946B1 (ru)
RU (1) RU2664126C2 (ru)
WO (1) WO2015052408A1 (ru)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011936B1 (fr) 2013-10-11 2021-09-17 Snecma Procede, systeme et programme d'ordinateur d'analyse acoustique d'une machine
FR3028067B1 (fr) 2014-11-05 2016-12-30 Snecma Outil de validation d'un systeme de surveillance d'un moteur d'aeronef
US9902506B2 (en) 2016-03-10 2018-02-27 General Electric Company Using aircraft data recorded during flight to predict aircraft engine behavior
US20180010481A1 (en) * 2016-07-08 2018-01-11 Ge Aviation Systems Llc Engine performance modeling based on wash events
CN106628248B (zh) * 2016-12-29 2019-05-31 东方航空技术有限公司 应用于飞机的报警方法、***、及监测终端
US11659322B1 (en) * 2017-06-26 2023-05-23 Wing Aviation Llc Audio based aircraft detection
US11268449B2 (en) * 2017-09-22 2022-03-08 General Electric Company Contamination accumulation modeling
DE102018126501B3 (de) * 2018-10-24 2019-12-19 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zur Wartungsvorhersage von Komponenten einer Brennkraftmaschine mittels Körperschallsensor
FR3089501B1 (fr) 2018-12-07 2021-09-17 Safran Aircraft Engines Système d’environnement informatique pour la surveillance de moteurs d’aéronefs
CN109977358B (zh) * 2019-03-29 2023-06-20 南京航空航天大学 基于两故障马尔科夫模型的fadec时间限制派遣分析方法
FR3094350B1 (fr) * 2019-04-01 2021-03-12 Safran Aircraft Engines Procédé de surveillance d’au moins un moteur d’aéronef
CN110296701B (zh) * 2019-07-09 2022-12-13 哈尔滨工程大学 惯性与卫星组合导航***渐变型故障回溯容错方法
US11010222B2 (en) 2019-08-29 2021-05-18 Sap Se Failure mode specific analytics using parametric models
CN111196380B (zh) * 2019-12-18 2022-06-17 中国民用航空飞行学院 一种排除飞机慢车停车故障的方法
CN111361759B (zh) * 2020-03-02 2023-02-03 哈尔滨工业大学 基于混合模型的飞机辅助动力装置在翼剩余寿命预测方法
US11091279B1 (en) * 2020-06-15 2021-08-17 Kitty Hawk Corporation Motor wear metric generator
US11952149B2 (en) * 2020-09-17 2024-04-09 General Electric Company System and method of forecasting aircraft engine operational data for predictive analytics
DE102021202242A1 (de) 2021-03-09 2022-09-15 MTU Aero Engines AG Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Flugzeugzustandes
CN113269368B (zh) * 2021-06-07 2023-06-30 上海航空工业(集团)有限公司 一种基于数据驱动的民机安全趋势预测方法
CN114104332B (zh) * 2021-11-19 2023-09-22 中国直升机设计研究所 直升机动部件的状态指标动态阈值的获取方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070198215A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Bonanni Pierino G Method, system, and computer program product for performing prognosis and asset management services
US20110160980A1 (en) * 2005-03-24 2011-06-30 Abb Research Ltd. Estimating health parameters or symptoms of a degrading system
RU2522308C2 (ru) * 2008-12-15 2014-07-10 Снекма Нормализация данных, используемых для контроля авиационного двигателя

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1981003079A1 (en) * 1980-04-22 1981-10-29 Boeing Co Real-time performance monitoring of gas turbine engines
US7286923B2 (en) * 2005-09-30 2007-10-23 General Electric Company System and method for estimating turbine engine deterioration rate with noisy data
US20080154473A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 United Technologies Corporation Gas turbine engine performance data validation
US7949497B2 (en) * 2007-04-12 2011-05-24 Siemens Corporation Machine condition monitoring using discontinuity detection
US20090048730A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-19 General Electric Company Method and system for planning repair of an engine
FR2965915B1 (fr) 2010-10-11 2013-08-02 Snecma Systeme de surveillance d'un banc d'essai de moteur d'aeronef
FR2971595B1 (fr) * 2011-02-15 2013-03-22 Snecma Surveillance d'un moteur d'aeronef pour anticiper les operations de maintenance
US8825567B2 (en) * 2012-02-08 2014-09-02 General Electric Company Fault prediction of monitored assets
GB2500388B (en) * 2012-03-19 2019-07-31 Ge Aviat Systems Ltd System monitoring
FR2997451B1 (fr) 2012-10-26 2015-01-16 Snecma Systeme de surveillance d'un ensemble de composants moteur
FR3005732B1 (fr) 2013-05-17 2016-10-07 Snecma Procede et systeme d'analyse vibratoire d'un moteur
FR3011936B1 (fr) 2013-10-11 2021-09-17 Snecma Procede, systeme et programme d'ordinateur d'analyse acoustique d'une machine
US20150106313A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 General Electric Company Predictive modeling of high-bypass turbofan engine deterioration
FR3012636B1 (fr) 2013-10-24 2015-12-25 Snecma Procede de non-regression d'un outil de conception d'un systeme de surveillance de moteur d'aeronef

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110160980A1 (en) * 2005-03-24 2011-06-30 Abb Research Ltd. Estimating health parameters or symptoms of a degrading system
US20070198215A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Bonanni Pierino G Method, system, and computer program product for performing prognosis and asset management services
RU2522308C2 (ru) * 2008-12-15 2014-07-10 Снекма Нормализация данных, используемых для контроля авиационного двигателя

Also Published As

Publication number Publication date
FR3011946B1 (fr) 2016-07-08
FR3011946A1 (fr) 2015-04-17
CN105637437B (zh) 2018-10-26
CA2926240A1 (fr) 2015-04-16
CA2926240C (fr) 2023-04-11
EP3039497A1 (fr) 2016-07-06
EP3039497B1 (fr) 2018-08-29
RU2016118148A (ru) 2017-11-16
BR112016007718B1 (pt) 2022-09-06
CN105637437A (zh) 2016-06-01
RU2016118148A3 (ru) 2018-07-11
US20160240017A1 (en) 2016-08-18
BR112016007718A2 (ru) 2017-08-01
US10115245B2 (en) 2018-10-30
WO2015052408A1 (fr) 2015-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664126C2 (ru) Контроль авиационного двигателя, предваряющий операции технического обслуживания
KR102013733B1 (ko) 엔진 윤활유 모니터링 시스템 및 방법
US20180349532A1 (en) Method of evaluating a part
AU2013245998B2 (en) Efficient health management, diagnosis and prognosis of a machine
CN101025804B (zh) 用于执行预测和资产管理服务的方法、***和计算机程序产品
US8484145B2 (en) Standardizing data used for monitoring an aeroengine
EP2202500A1 (en) Operations support systems and methods for engine diagnostic
US20170185937A1 (en) Aircraft flight data evaluation system
US11428118B2 (en) Method and apparatus for predicting turbine outlet temperature in gas turbine
US11549611B2 (en) Fault prediction in valve systems through Bayesian framework
CN110567722A (zh) 一种基于性能参数的民机发动机起动***健康监测方法
CN113748066A (zh) 用于监控飞行器发动机的***和方法
CN113678075B (zh) 用于监测至少一个航空器发动机的方法
US11772823B2 (en) Estimating fatigue damage in a structure
CN114580784A (zh) 一种飞机部件预测性维修数据的分析方法
Daouayry et al. Data-centric helicopter failure anticipation: The mgb oil pressure virtual sensor case
JP7031351B2 (ja) エンジン診断装置
Tiddens et al. Towards informed maintenance decision making: identifying and mapping successful diagnostic and prognostic routes
Banjac et al. Enhanced Monitoring Capabilities for Legacy Engine Programs

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant